Quando un focolaio di HIV ha colpito la contea rurale di Scott nell'Indiana nel 2015, il dipartimento sanitario con scarso personale è stato allungato per confermare i casi in un'intera comunità con test di laboratorio che non sono portatili e potrebbero volerci settimane per restituire i risultati.

Ciò significava che ci volle più di un anno per confermare 235 casi di HIV per l'area. Anche i test domiciliari per l'HIV attualmente richiedono che una persona aspetti un paio di mesi dopo una possibile infezione prima di eseguire il test.

E se i pazienti potessero testarsi in modo affidabile a casa e conoscere i risultati in pochi minuti, dopo meno di un paio di settimane di infezione?

Uno strumento diagnostico portatile fatto di carta ha già quella velocità e funzionerebbe non solo per l'HIV, ma molte altre malattie infettive. Usarlo sarebbe come fare il tuo test di gravidanza.

Jacqueline Linnes, un assistente professore di ingegneria biomedica alla Purdue University, ha sviluppato una tecnologia con il suo team che renderebbe i test di rilevamento di laboratorio sia più veloci che portatili, grazie alle proprietà intrinseche della carta.

Il primo dispositivo cartaceo prodotto dal laboratorio di Linnes è in grado di rilevare gli acidi nucleici dell'HIV dal sangue di una puntura del dito entro 90 minuti. Il suo laboratorio sta lavorando sull'utilizzo della stessa piattaforma per rilevare altre malattie, che vanno dalla pertosse al colera, poiché il processo di estrazione degli agenti patogeni da un campione utilizzando la carta sarebbe lo stesso.

Il dispositivo è stato progettato finora per affrontare in modo specifico le sfide con un rilevamento più rapido delle malattie in paesi come Kenya e Haiti, che faticano a sostenere i costi di gestione delle strutture di laboratorio, mantenere un'alimentazione costante e formare il personale ad interpretare risultati a volte imprecisi.

"Nelle zone rurali, una struttura locale per la cura dell'HIV può essere fino a 10 miglia di distanza con trasporti e comunicazioni scadenti, tanti pazienti in cura si arrendono e non tornano più nelle strutture sanitarie per il monitoraggio del trattamento, " ha detto Eddy Odari, un professore di ricerca biomedica presso la Jomo Kenyatta University in Kenya, che sviluppa e valuta test diagnostici per virus patogeni umani.

"Tali pazienti che non tornano sono stati associati a un trattamento non ottimale dell'HIV e a una maggiore resistenza alla terapia antiretrovirale di prima linea, che può portare a una popolazione con resistenza trasmessa, " disse Odari.

Se un dispositivo economico e accurato potesse funzionare con una potenza sufficientemente bassa da rilevare le malattie in loco per questi paesi, quindi potrebbe rivelarsi utile anche alle comunità negli USA con personale limitato e strutture distanti tra loro.

Linnes e i suoi collaboratori hanno in programma di indagare sull'utilità del dispositivo per le aree rurali dell'Indiana, oltre a contrastare l'HIV in Kenya e il colera ad Haiti.

"L'idea è quella di rilevare più rapidamente cosa sta causando un'infezione per i pazienti sia nelle aree del mondo che hanno le strutture di laboratorio nelle vicinanze sia in quelle che non le hanno, " disse Linnes, specializzato nella costruzione di strumenti diagnostici point-of-care per il campo.

Negli ultimi 30 anni, i ricercatori hanno studiato dispositivi basati su carta per una diagnostica più rapida perché materiali simili alla carta, come fibra di vetro e cellulosa, sono robusti e noti per funzionare come una pompa.

Ciò significa che la carta può trasportare campioni, come sangue o acqua, senza tutte le apparecchiature esterne necessarie all'interno di un laboratorio per separare gli acidi nucleici di un agente patogeno e fare copie, o "amplificarli", per il rilevamento.

""Carta" è un termine generico per un materiale poroso che può trascinare liquidi, non solo il tipo su cui puoi scrivere. I cerotti sono simili alla carta, Per esempio, " ha detto Linnes. "Il rovescio della medaglia è che la carta non ha alcun controllo".

Per questa ragione, la maggior parte dei dispositivi cartacei che si basano sull'amplificazione dell'acido nucleico sono ancora nelle fasi iniziali. Il laboratorio di Linnes ha lavorato per velocizzare il funzionamento di questi dispositivi sul campo riducendo il numero di passaggi necessari per separare gli agenti patogeni da un campione caricato su carta.

Finora, Il laboratorio di Linnes e altri ricercatori della Purdue hanno ridotto questi passaggi attraverso un circuito elettronico che riscalda le valvole di cera da sotto intricati canali di carta, controllare il flusso di un campione in un unico passaggio anziché in più passaggi. Il processo inizia con l'aggiunta di liquido tampone a una puntura di sangue all'interno di una fiala, e poi versando la fiala in un foro all'interno della carta.

Se viene visualizzata una banda all'estremità della striscia di carta dopo che è stato caricato un campione, oltre alla banda di controllo, poi una persona è risultata positiva per una malattia.

Perché leggere una striscia di carta è facile e a basso costo, non ci sarebbe davvero bisogno che la tecnologia diventi digitale.

Ma Linnes e i suoi collaboratori hanno lavorato su un altro problema che richiede una soluzione digitale:sapere quanto bene una persona sta rispondendo al trattamento per una malattia infettiva.

Attraverso una società che Linnes ha co-fondato, OmniVis, I ricercatori della Purdue stanno studiando l'uso della tecnologia degli smartphone per quantificare l'HIV nel corpo.

"Se stai assumendo farmaci antiretrovirali e il tuo corpo risponde bene, allora la quantità di virus sarebbe bassa, ma se sei resistente alle droghe, allora la quantità di virus aumenterebbe, " ha detto Linnes.

I brevetti per il dispositivo cartaceo sono stati depositati tramite l'Ufficio per la commercializzazione della tecnologia della Purdue Research Foundation.